基于性能的输电塔地震易损性分析

本文以某高压输电塔为研究对象,同时考虑了结构本身的随机性和地震作用的随机性,采用了非线性屈曲分析及动力响应分析对结构的抗震性能、地震反应进行了分析。在基于性能的分析框架下,通过蒙特卡罗数值模拟获得了输电塔的抗震能力曲线,并分析了其统计特性,计算得到结构的地震易损性曲线,为输电塔的抗震防灾规划提供风险评估的数据基础。     

基于位移的输电塔地震易损性分析

针对输电塔地震易损性分析中极限状态和震害等级划分较粗、难以准确预测各级震害等问题,以直线酒杯型输电塔为例,选取最大塔顶水平位移作为工程需求参数,采用非线性静力分析确定了对应输电塔发生轻微损坏、构件屈服、结构屈服和结构倒塌等4个性能水平的极限状态,将输电塔震害划分为5个等级,进一步全面考虑风荷载、导地线荷载和自重荷载等,结合增量动力分析法系统提出了输电塔的地震易损性分析方法。     

基于概率可靠度的输电塔风灾易损性分析

以某猫头形高压输电塔为研究对象,基于概率可靠度的研究方法对其进行风灾易损性分析。通过计算,绘制输电塔处于不同破坏状态的风灾易损性曲线。通过对该塔两个方向上风灾易损性曲线的分析得出,结构作用效应和结构抗力的分布形态均服从对数正态分布规律,在强风作用下,该塔较易发生破坏。     

基于四阶矩的输电塔抗风可靠度分析

优化结构设计对于保证输电线路的安全运行具有重要的现实意义,改进输电塔的可靠度分析是一种行之有效的方法.以输电塔的刚度失效为失效边界,选择塔材的弹性模量和风速为相互独立的基本随机变量,通过响应面法拟合出输电塔的二次功能函数.采用简化的四阶矩法计算输电塔的可靠指标并与一次二阶矩法和基于ANSYS的蒙特卡洛模拟法对比.将峰度及偏度的概念引入可靠度分析中,通过其指导结构设计.结果表明:四阶矩法能更好地描述结构功能函数的概率分布,并且其可靠指标计算结果相比一次二阶矩法依然可取;通过可靠指标的分析可以指导输电塔的优化设计.因此可将简化的四阶矩法应用于输电塔的抗风可靠度计算,为以后的工程设计提供理论依据.     

基于首次超越破坏的输电塔强风易损性分析

参照输电塔现行设计规范,首先,获得了风荷载作用下单塔结构的能力曲线,并依据结构构件的受力特征,以塔顶位移角为指标讨论了3种首次超越破坏的界限状态。其次,基于拉丁超立方抽样技术获得的结构等效静力计算样本,对界限值划分的合理性进行验证。最后,结合不确定分析样本的统计特性,计算塔架在最不利风向角下,不同顶点位移角限值的易损性曲线,并对比了采用动力可靠性分析获得的“三塔两线”体系计算结果。HCLPF(High Confidence, Low Probability of Failure)对应风速值表明,不同方法的计算结果较为接近,但单塔结构计算效率较高。     

基于主材防屈曲的输电塔新型抗风加固方法研究

输电塔属于高柔结构,风致响应敏感。主材角钢作为输电塔的主要构件,其承载能力特别是受压抗失稳能力是影响输电塔抗风性能的主要因素。以提高主材角钢受压状态下的防屈曲能力为目的,兼顾考虑降低开螺栓孔对原主材的损伤,提出一种新型加固方法。并通过对6个足尺角钢构件进行加载试验,检验该新型方案的加固效果;分析不同加固参数对提升主材性能的影响;采用有限元方法对试验进行数值模拟,确立合理的有限元建模方法,为输电塔整塔加固方案设计提供依据。结果表明：该方案能够大幅提高构件的抗压承载力,并有效改善构件的延性;端部螺栓数目对加固效果影响明显;确定了抱箍间距的合理取值;拼接副主材的应力滞后对加固效果基本没有影响。     

基于性能的矮塔斜拉桥结构地震易损性分析

采用OpenSees软件建立了典型矮塔斜拉桥结构三维有限元计算模型,并通过拉丁超立方体抽样方法考虑了结构构件中钢筋和混凝土强度的随机性,建立了地震动-桥梁样本集,分别针对纵桥向和横桥向两个方向,同时考虑竖向地震动分量的贡献,对有限元模型进行了增量动力分析,分别提取了矮塔斜拉桥的主塔及边墩不利截面的钢筋和混凝土的应变、主梁弯矩、斜拉索轴力以及支座的相对位移及其他受力构件的反应结果,结合相应的损伤指标,对矮塔斜拉桥结构进行了地震易损性分析,选择合理的分布函数及其参数进行易损性曲线拟合,为同类桥梁抗震设计及地震风险评估提供参考。     

特高压输电塔-线体系的抗风性能分析

本文建立了特高压输电塔线体系四线三塔的有限元模型,考虑了材料和几何非线性,采用增量动力分析方法对整个输电塔线体系进行抗风性能分析。对输电塔单塔和塔线体系进行了从弹性、非线性直至倒塌的全过程的性能分析,获得了输电塔单塔和输电塔线体系的抗风性能曲线。通过输电塔单塔和塔线体系的对比分析可知,导线对输电塔抗风性能的影响很大,在设计中不能忽略。     

迅达电梯测试塔结构抗风设计

结构抗风设计是超高层建筑和大高宽比建筑设计过程中的重要环节,由于此类建筑自振周期长,且结构的高度处于风振跨临界范围,容易产生顺风向或横风向共振。文章以高度为200m的迅达电梯测试塔为案例,从避免产生共振的角度出发,提出高宽比超大的结构抗风设计时,结构自振周期范围的确定方法。通过风洞试验结果分析,验证了结构方案动力特性选型的合理性;并通过对比分析风洞试验与规范方法得出的等效静力荷载,提出适用于本工程的规范修正计算法,为相似类型的结构抗风设计提供参考。     

日立电梯试验塔结构抗风设计

通过对日立电梯试验塔风洞试验结果的分析,表明试验塔原设计方案容易引起结构横风向共振,结构横风向的最大基底剪力以及基底弯矩的响应值可以达到顺风向的3倍左右。在结构设计中通过对建筑外形以及结构动力特性等方面的调整,使结构横风向的最大基底剪力以及基底弯矩的响应值减小至与顺风向基本相当,并在实际工程设计中予以采用。表明横风向作用在该类结构抗风设计中的起着不可忽视的作用,并针对这一特点提出了在结构设计中可以应用的加强措施。     

Failure analysis of a transmission tower subjected to combined wind and rainfall excitations

Many transmission towers have collapsed during severe gales and thunderstorms, and these failures have traditionally been attributed simply to wind loading. This study attempts to reveal the full failure mechanism of tower structures under strong wind excitation considering the rainfall effect. First, the calculation of rain load for a tower‐line system is provided. Then, an uncertainty analytical method for estimating the strength capacity and predicting the failure pattern of transmission towers induced by wind and rain loads is presented. Next, a real collapsed transmission line is considered to establish the finite element model, followed by the determination of the most vulnerable tower, which is then used to perform the uncertainty analysis. The results illustrate that the collapse basic wind speed considering the rainfall effect is smaller than the pure wind condition. In addition, the failure probability of the tower body is the largest, which is consistent with the deterministic method, whereas the most vulnerable tower began to fail from the tower leg in reality, indicating that the initial broken position of the transmission tower may not occur in the location with the largest probability and that the deterministic method is invalid in some cases. Finally, the influence of the wind attack angle and bundle number of transmission conductor is investigated. The most unfavorable wind attack angle is 90°, and the rainfall effect becomes increasingly significant with increases in the bundle number; this relationship should be given particular attention.     

Fragility assessment of wood sheathing panels and roof-to-wall connections subjected to wind loading

The performance of the wood-frame buildings after tornadoes has shown that the majority of the wind damage resulted from building envelope failure most typically due to the loss of the roof. To assess the performance and the reliability of low-rise wood-frame residential buildings with a focus on the roofs, fragility analysis can be used to estimate the probability of failure of a roof when constructed with specified nails and sheathing sizes. Thus, this paper examines the fragility of specific types of nails, roof-to-wall (RW) connection details, and sheathing sizes based on the damaged roofs that were previously assessed in the Dunrobin area in Ottawa (Ontario) that was hit with an Enhanced Fujita (EF3) tornado on September 21, 2018. The presented fragility analysis considers four scenarios, including different sheathing and nail sizes. Dead loads, wind loads, and resistance on the sheathing panels were compiled and analyzed to determine the failure of the examined roofs. The eight fragility models suggest that the safest roof sheathing (RS) is the 1.22 m × 1.22 m sheathing panel with 8 d nails, and the safest RW connections is achieved by using H2.5 hurricane clips.     

Structural behaviour of lattice transmission towers subjected to wind load

Hurricane Wilma hit Yucatan Peninsula in 2005, causing substantial damage to local electrical transmission towers. Based on the failure characteristics observed on such towers, an analytical study is performed to reproduce such failures and assess their vulnerability. Two latticed transmission towers are analysed under the action of 14 different wind velocity patterns corresponding to several national and international wind design codes. Displacement-controlled pushover analyses are performed to reproduce impending failure mechanism for considered wind patterns, and associated gradient wind speed is computed. Results illustrate that consistent cyclonic wind speed patterns lead to better estimates of failure mechanism and gradient wind values than traditional non-cyclonic patterns.     

风荷载作用下输电塔结构体系可靠度分析

用荷载增量法结合有限元分析技术,通过枚举列出输电塔体系的主要失效路径,提出了蒙特卡洛概率方法,并通过Matlab软件计算出各输电塔体系的失效概率,最后以一大型输电塔进行了可靠度计算。     

某雷达塔架在风荷载作用下的动力时程分析

以武汉市某雷达塔架为例,采用有限元方法对其进行时程风荷载作用下的动力时程分析,得到塔架的时程位移、时程速度和时程加速度响应,并将塔架结构在静力风荷载下的位移响应和最大应力与在脉动风荷载作用下的时程位移峰值和应力峰值作了对比和误差分析,为该类型的结构风振分析提供参考。     

基于地震荷载作用下的风力发电塔的地震响应分析

基于地震荷载的作用,应用大型有限元软件FINAL,研究不同结构参数的风力发电塔在地震荷载作用下的地震响应,以及比较它们之间的差异,进而得出改变风力发电塔的结构参数对于地震响应的影响规律.以二维风力发电塔模型为例,建立4个不同参数的模型,首先进行模态分析,计算出每个模型的固有频率,通过比较固有频率得出结论,并对其进行比较分析.然后对4个模型施加1993年北海道西南海面桥地震波形,分析比较它们在此地震波形作用下的地震响应值,进而得出不同的结构参数对地震响应的影响规律.     

覆冰荷载下输电铁塔体系可靠度研究

研究在覆冰荷载作用下,输电铁塔主要失效模式及其体系可靠度。建立覆冰荷载作用下寻找输电铁塔主要失效模式的方法,该方法以覆冰厚度为控制量,可以方便地获得铁塔的主要失效模式及相应的极限覆冰厚度。利用基于响应面的随机有限元法来获得各失效模式上各个单元的极限状态方程,然后用逐步等效线性化法得到各失效模式的等效线性化极限状态方程。所有的失效模式组成一个串联系统,计算各失效模式间的相关系数,最后由Ditlevsen界限法计算输电铁塔体系可靠度。分析在2008年初的冰雪天气里发生倒塌的我国南方某220kV输电铁塔的主要失效模式及其体系可靠度。通过计算指出由于不平衡张力的存在,使输电铁塔的极限覆冰厚度接近于它的设计覆冰厚度;同时指出:如果借鉴构件的目标可靠度指标的话,既有输电铁塔在设计覆冰条件下,体系可靠度指标不能满足要求。     

基于LQR控制算法的输电塔风振控制研究

采用谐波叠加法,模拟了输电塔塔顶脉动风速时程曲线及风荷载时程.介绍了LQR控制算法的原理,利用MATLAB语言编制了LQR控制算法的程序,并对一输电塔模型结构在风荷载作用下的控制效果进行分析,结果表明,LQR控制方法可以有效地减小输电塔的风振响应,说明LQR控制方法是一种比较理想的减震方法.     

高层仿古塔悬挑构件的风荷载计算

以湖南高层钢管混凝土结构仿古塔为例,依据相关规范,对该结构的风荷载进行了计算,结果表明,风荷载对高层建筑物中悬挑结构的水平方向位移影响较大;现有风荷载计算结果满足规范要求。     

对称双塔楼建筑的风荷载分布特征

本文针对双塔楼建筑风场的相互干扰作用,通过风洞试验研究塔楼的风压分布,将风压沿截面进行积分求出沿结构柱网方向的合力,然后反算出沿柱网方向的整体体型系数,实现了把风洞试验结果换算为工程设计软件直接可用的数据。本文还讨论了风对高层建筑的扭矩作用,采用扭矩放大系数来考虑风致扭矩。针对某对称双塔结构的风压分布特征获得用于指导一般性对称双塔结构设计的风压和体型系数分布规律。